關于支吊架設計手冊的修改建議

楊 梅， 鄭世才

(1.重慶大學動力工程學院，重慶 400044；2.四川省電力設計院，四川 成都 610072)

目前國內使用的《火力發電廠煙風煤粉管道支吊架設計手冊》是1977年由華東院主編的，簡稱六道支吊架手冊；使用的《汽水管道支吊架設計手冊》是1983年由西北電力設計院主編的，簡稱汽水管道支吊架手冊。由于編寫年代較久遠，手冊中普通碳鋼部件的選用材質牌號，允許使用溫度，部件最大允許荷載等都存在一些問題，應該進行修改。

本文將使用到以下設計規范GB17116.1～3－1997 (《管道支吊架》)，GB700－2006(《碳素結構鋼》)，GB150－1998(《鋼制壓力容器》)，DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法，簡稱六道設規)，GB50017－2003(《鋼結構設計規范》)，GB1591－2008(《低合金高強度結構鋼》)，DL/T5059－1996(《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，簡稱管規)。

1 規范的相關說明

本文規范中提及的支吊架承受荷載是指其動荷載。

根據GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)，GB50017－2003(《鋼結構設計規范》)和DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法)中規定，支吊架零部件不應采用沸騰鋼(如Q235－A.F)，鋼材應進行冷彎試驗，常溫下不帶沖擊韌性。

GB700－2006(《碳素結構鋼》)和GB1591－2008(《低合金高強度結構鋼》)中規定Q235－A和Q345－A均不做沖擊韌性。

DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法)中附錄表C1所列鋼材許用應力與GB150－1998(《鋼制壓力容器》)中相同。

根據DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法)中的規定，鋼材許用剪切力應等于抗拉許用力的0.6倍，角焊縫的有效高度是0.7倍的焊縫高度，焊縫的有效長度為焊縫長度減去10 mm。

2 六道和汽水管道支吊架材料許用應力及修改

2.1 火力發電廠煙風煤粉管道支吊架設計手冊(1977年)

2.1.1 材料選用

規范規定支吊架根部和連接件全部選用Q235－A.F或Q235－A(彈簧、球面和錐面墊圈等除外)，對于支吊架根部，當冬季空氣調節室外計算溫度t≤－30℃時，選用Q235－A，當溫度t＞－30℃時選用Q235－A.F。對于支吊架管部，當介質溫度t≤250℃時選用Q235－A.F，當介質溫度250℃＜t≤400℃時，選用Q235－A。

上述規定與DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法)的有關規定不相符合。根據DL/T5121－2000規定，應采用Q235－B作為連接件和根部。當介質溫度t＜350℃時，管部采用Q235－B；當介質溫度350℃≤t≤400℃時，管部選用Q235－B/Q345－C/鋼20(該溫度只有當煤粉爐燃用高水份褐煤或無煙煤才會出現)；緊固件按DL/T5121－2000中表5.2.6選用。當冬季空氣調節室外計算溫度t≤－20℃，除在保溫層之內支吊架部分，其余全部選用Q235－D。

2.1.2 鋼材許用應力

六道支吊架選用鋼材(Q235－A.F、Q235－A)許用應力(未乘以0.9)與六道設規應選用鋼材(Q235－B、C)的許用應力(已乘以0.9)有一定差距，見表1。

通過表1中許用應力的對比可見，六道支吊架的許用應力大于六道設規的許用應力，六道設規的應力取值更加保守安全，應該使用六道設規的許用應力值。

表1 煙風道支吊架鋼材許用應力 單位：MPa

2.2 汽水管道支吊架設計手冊(1983年)

2.1.1 鋼材選用

本規范中支吊架根部和連接件(彈簧、球面和錐面墊圈、墊圈等除外)全部選用Q235－A。當介質溫度t≤300℃時管部選用Q235－A(固定支架選用20鋼或st45.8)；當介質溫度300℃＜t≤450℃時選用20號鋼；當介質溫度t＞450℃時選用12Gr1MoV(緊固件除外)。

根據GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)中規定，管道支吊架中原選用Q235－A的全部改用Q235－B；低溫情況下，選用Q235－D。由于次高溫次高壓機組的出現，主蒸汽管道可選15CrMo(GB6479或GB9948)低合金鋼，支吊架管部材質選用與主管同材質的低合金鋼。

2.1.2 鋼材許用應力

表2中分別給出了汽水管道支吊架手冊，GB17116.1－1997《管道支吊架第1部份》，GB150－1998《鋼制壓力容器》中的鋼材基本許用應力，三者取值上存在差異，其對比見表2。

表2 汽水管道支吊架鋼材許用應力 單位：MPa

由表2可見，支吊架設計手冊中的許用應力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的許用應力。GB150－1998(鋼制壓力容器)的許用應力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，而小于支吊架設計手冊中的許用應力。根據GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的標準選用許用應力，更加保守安全。

2.3 支吊架連接件，管部，根部的比較修改

2.3.1 拉桿允許荷載與許用應力比較

六道設規(DL/T5121－2000)和管規(DL/T5059－1996)規定拉桿許用應力為所選用鋼材許用應力的0.56倍。

在六道設規(DL/T5121－2000)，管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)，六道支吊架手冊(1977)，汽水管道支吊架手冊(1983)中，分別對拉桿的最大允許荷載做出了規定，表3中分別列出了它們的最大允許荷載，并進行了對比。

經過對比可看出：六道支吊架手冊(1977)中拉桿的允許荷載比按現行規范計算出的允許荷載大許多，比六道設規(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)拉桿大27%～43%。因此，六道支吊架手冊(1977)中的拉桿允許荷載應進行修改，其可按六道設規(DL/T5012－2000)計算的允許荷載修改。同時六道支吊架手冊(1977)材質規定為Q235－A.F；六道設規(DL/T5121－2000)中材質規定為Q235－B(低溫時用Q235－D)；管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)材質規定為Q235－B、C、D級鋼，或20優質鋼；汽水管道支吊架手冊(1983)材質規定為Q235－A。

2.3.2 六道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應力比較

本文對六道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應力進行了比較，由于文章篇幅限制，無法一一列出，部分管部、根部用材、允許荷載、許用應力的計算比較見表4。由表4可以看出：采用了槽鋼的支吊架管部和根部，按六道設規(DL/T5121－2000)計算出的允許荷載比按六道支吊架手冊(1977年版)計算出的允許荷載大得多。

表3 螺紋拉桿/光拉桿 最大允許荷載對比

有槽鋼的管部，其允許荷載受槽鋼制約，按六道設規(DL/T5121－2000)計算出的允許荷載比按六道支吊架手冊(1977年版)計算的允許荷載大17%～42%。六道支吊架手冊(1977年版)鋼材的許用應力與六道設規(DL/T5121－2000)鋼材許用應力的比值為：1.1～1.25。

有槽鋼的根部，其允許荷載也受槽鋼強度制約，按六道設規(DL/T5121－2000)計算的允許荷載比按六道支吊架手冊(1977年版)計算的允許荷載大19%～41%，其中最為突出的達到76%。六道支吊架手冊(1977年版)鋼材的許用應力與六道設規(DL/T5121－2000)鋼材許用應力的比值為：156.8/113=1.39。

2.3.3 汽水管道支吊架管部、根部選材、允許荷載、許用應力比較

本節對汽水管道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應力進行了計算，由于文章篇幅限制，無法一一列出，部分管部、根部允許荷載比較計算見表5，同時按照六道設規規定，其鋼材材質為Q235－B，按照汽水管道支吊架手冊規定，其鋼材材質為Q235－A。六道設規規定的材料許用應力和汽水管道支吊架手冊規定的材料許用應力之比為1.1～2.8。

由表5可看出汽水管道支吊架設計手冊管部、根部的允許荷載能滿足六道設規(DL/T5121－2000)要求。

3 關于汽水管道及六道支吊架設計手冊修改的探討

3.1 鋼材選用修改

3.1.1 六道支吊架設計手冊(1977年)

六道支吊架設計手冊中存在著一些問題，六道支吊架管部LS，LT，介質溫度為400℃時，橫擔(件1)與道體間有槽鋼(件3或件4)，由于橫擔與道體間間距僅為48，因此橫擔有一部分可能在保溫中，橫擔的溫度就不是20℃，但也不是400℃。原設計件1為Q235－A.F，它的使用(最高)溫度為250℃，原設計(件1)的設計溫度無法知道，且也無法在設計手冊中查到鋼材在設計溫度下的屈服極限最小值。

表4 六道支吊架允許荷載及材料許用應力比

3.2 支吊架允許荷載的修改

3.2.1 六道支吊手冊允許荷載

由表3和表4可見，六道支吊架手冊的連接件拉桿及采用槽鋼的根部、管部，計算出的允許荷載均大于設計的允許荷載。根據這一情況，應重新核算全部有槽鋼的管部和根部的允許荷載來確定支吊架的允許荷載，對吊架還應采用經核算修改的拉桿。這一修改的工作量十分大，投入人力多，難于完成。

由于六道支吊架彈簧選用汽水管道支吊架手冊中的整定彈簧，則可盡量選用汽水管道支吊架手冊中的管部，連接件和根部(修改后的)，但因六道有矩形管道、煙風道尺寸大、風道又為薄壁，故有的管部和根部可能難以選出。此時就只有按六道支吊架手冊選用，若選用有槽鋼的管部和根部，必須核算它的允許荷載。為減少工作量，可根據具體情況，選擇承受荷載大，最不利的槽鋼進行強度計算。如：根部為三角架的Li型，只需核件2(槽鋼斜撐)的允許荷載即可(式T6.2－8b)。為提高支架根部的允許荷載，建議增加聚四氟乙烯板(阻力系數由0.3降為0.1)。

表5 汽水管道支吊架允許荷載 單位：kN

3.2.2 汽水管道支吊架手冊中允許荷載

由表3，表5，可知：汽水管道支吊架根部和管部的允許荷載均能滿足現行有關規定要求計算出的允許荷載，但連接件螺桿的允許荷載不能滿足要求，要解決這一問題有兩種方法。

按照表3中原拉桿的允許荷載來確定吊架的允許荷載。它的優點是選型簡單，修改支吊架手冊中拉桿的允許荷載即可。它的缺點：吊架材料浪費大，支吊架間距小，可能難以處理一些支吊架的生根結構。或者按原吊架的允許荷載配置合格的螺桿(增大螺桿直徑)，修改支吊架安裝圖上或支吊架一覽表上標注即可。

也可用西北電力設計院于2007年編制的汽水管道支吊架設計手冊(1983年)，直接選用更為簡單。

4 結語

本文通過對《火力發電廠煙風煤粉管道支吊架設計手冊》(1977年)，《汽水管道支吊架設計手冊》(1983年)與 DL/T5121－2000(《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》配套設計計算方法)，DL/T5059－1996(《火力發電廠汽水管道設計技術規定》)等在普通碳鋼部件的選用材質牌號、允許使用溫度、部件最大允許荷載等方面進行對比，得出以下結論：

(1)六道支吊架的許用應力大于六道設規的許用應力，六道設規的應力取值更加保守安全，應該采用六道設規的許用應力值。

(2)通過比較支吊架設計手冊，GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，GB150－1998(鋼制壓力容器)的許用應力可得，根據GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的標準選用許用應力，更加保守安全。

(3)六道支吊架手冊(1977)中拉桿的允許荷載比六道設規(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)大27%～43%，可將其按六道設規(DL/T5012－2000)計算的允許荷載修改。

(4)根據比較可知，采用槽鋼的支吊架管部和根部，按六道設規(DL/T5121－2000)計算出的允許荷載超出按六道支吊架手冊(1977年版)計算出的允許荷載幅度較大。

(5)根據比較可知，汽水管道支吊架設計手冊中規定的管部、根部允許荷載能滿足六道設規(DL/T5121－2000)要求。

[1]GB/T 17116.1～3－1997,管道支吊架[S].

[2]GB700－2006，碳素結構鋼[S].

[3]GB150－1998，鋼制壓力容器[S].

[4]DL/T5121－2000，火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程配套設計計算方法[S].

[5]GB50017－2003，鋼結構設計規范[S].

[6]GB1591－2008，低合金高強度結構鋼[S].

[7]DL/T5059－1996，火力發電廠汽水管道設計技術規定[S].